圓柱滾子軸承套圈越程槽的加工改進

李紅，方芳，張軍，江瑾蓉

(⒈洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039；2.四川大學，成都 610065)

圓柱滾子軸承應用范圍廣泛，其滾子、滾道的加工技術已十分成熟，但對帶擋邊套圈越程槽的加工還有一些需要改進的地方。越程槽尺寸和形狀的設計，對越程槽的加工工藝性及套圈的質量產生較大影響。下文以NU1006型圓柱滾子軸承外圈越程槽為例，分析相同坐標尺寸、不同形狀的越程槽在加工時的優缺點，得出較好的設計方法，并推廣至其他型號軸承的加工中。

1 越程槽形狀對套圈的影響

NU1006型圓柱滾子軸承外圈帶雙擋邊，內圈不帶擋邊，軸承設計使用Φ6 mm×6 mm的圓柱滾子。圖1為外圈越程槽的成品圖，依《加強型圓柱滾子軸承設計方法》,越程槽只給出M2max，Mmax和M1max尺寸，沒有規定槽底圓角的曲率半徑及圓越程槽是在車加工過程中用成形車刀切入加工的，越程槽的形狀、尺寸主要取決于車刀的形狀和尺寸。越程槽車加工用圖，不僅要按照成品圖中所標的具體尺寸加上車加工留量計算出車加工越程槽的坐標尺寸，還要給出圓弧曲率半徑R和圓弧兩側切線的角度，為越程槽的加工、檢查提供依據。

圖1 NU1006軸承外圈越程槽成品圖

為了保證越程槽的有效尺寸，工藝中均取坐標最大值，越程槽車加工尺寸如圖2所示。作圖過程為：按照圖1中查得的尺寸坐標值做成品零件越程槽圖，滾道與擋邊的交點為越程槽圓弧的中心。依滾道、擋邊的車加工留量做相應的平行線，該平行線與擋邊延長線的交點為C，與外滾道延長線的交點為D；在加工中為了增強刀具刀頭的強度，取C，D兩點間過渡圓角R為0.5 mm；連接AC及BD，得到外圈的越程槽形狀和尺寸。

由圖可知，OA，AC間夾角為43°21′52″，OB，BD間夾角為32°0′19″，AC，BD間夾角為14°37′48″。同時，過A點做BD的垂線，由作圖測得垂線段長度為0.9 mm；過點B做圓角R(0.5 mm)切線的垂線段，測得垂線段長度為1.34 mm。

圖2 NU1006軸承外圈越程槽車加工尺寸圖

從圖2可知，在加工過程中，C，D點受力大，刀頭易磨損。在車加工時，因為加上了留量，刀頭的長度增加，容易脆斷，導致越程槽的加工質量不易保證，加工效率低；OA，AC間夾角和OB，BD間夾角越小，擋邊與滾道的加工留量的偏差對成品越程槽的尺寸影響越大；過深的越程槽也會影響套圈的強度。

2 越程槽形狀改進方法對比

為了改進C，D兩點的切削狀態，改變越程槽的過渡圓角曲率和圓弧兩側斜邊的角度。如圖3所示，作L1，L3的過渡圓角R=0.35 mm，分別過A，B兩點做圓角的切線，切點分別為C，D，連接AC及BD，得到外圈的越程槽形狀和尺寸。

圖3 NU1006滾子軸承外圈改進的越程槽形狀

改變過渡圓角后，刀頭的長度相對原方法變短，C，D兩點沒有尖角，圓角與斜邊相切，刀具強度增加。但破壞了原有刀具的形狀，刀尖圓弧太小不好刃磨，且刀尖易損壞(如崩刃)，在加工過程中容易在越程槽處形成尖點造成應力集中，導致套圈淬火后出現裂紋。因此，需對越程槽的尺寸和形狀再次進行改進。

取刀尖圓弧R=0.45 mm， 與圖3作圖方法相同，得到如圖4所示的越程槽形狀。在加工過程中，C，D點與過渡圓弧相切，可改善切點的刀具強度，越程槽深度略微減小。

圖4 R0.45的改進越程槽形狀

又進一步作出M=0.3 mm，R=0.3 mm和M=0.3 mm，R=0.4 mm時的越程槽形狀，分別如圖5、圖6所示。

圖5 M=0.3時R0.3的越程槽尺寸和形狀

圖6 M=0.3時R0.4的越程槽尺寸和形狀

越程槽深度M和刀尖圓弧曲率半徑R不同值下的刀寬、刀深及角度的對比見表1。作圖對比如圖7、圖8所示。

由表1及圖7、圖8可知：當M=0.5 mm時，方法3的刀寬最大，且OA，AC和OB，BD間夾角最大，因此，滾道和擋邊留量偏差對成品越程槽的影響最小，不容易造成“留邊”現象，成品越程槽的尺寸比較統一；當M=0.3 mm時，方法5比方法4的刀寬大，OA，AC和OB，BD間夾角也大，可有效提高刀具強度，刀具耐用度較好。

表1 原方法及改進方法的刀寬、刀深及角度對比

圖7 方法1，2，3的作圖對比

圖8 方法3，4，5的作圖對比

當M1，M2確定時，M在滿足加工工藝需要的前提下其值越小，刀具的深度越小，強度越高。由此可知，方法5相對較好。

當M，M1，M2確定時，由于M2

3 結束語

通過改進，刀尖磨損(側磨)減小，散熱好，刀具根部強度增大，避免了越程槽過深或過淺對套圈的影響，工件加工質量穩定，效率提高。NU1006型圓柱滾子軸承外圈越程槽的加工中，方法5比原始的砂輪越程槽設計方法加工效率提高了30%～50%，刀具的使用壽命也得到了成倍的提高。

改進后的越程槽設計方法在較小的尺寸段有較大的優勢，而在大尺寸段與原有的設計方案差別不大，這是因為大尺寸段的刀具強度較大，在結構尺寸改變時強度變化不是十分明顯，但總體仍有所提高。另外，越程槽加工改進方法中，增大成形刀兩切削刃間的角度、減小刀具的長度、刀具圓弧與斜邊光滑過渡、避免尖角切削等設計思路，不僅可以應用在小尺寸砂輪越程槽，而且也可以應用在其他小結構的成形車加工工序中，如軸承的密封槽、油溝等結構設計中。